基于GIS的长江口海域生态系统脆弱性综合评价

气候变化、富营养化、生境破碎等是全球普遍面临的生态问题,科学评估生态系统外部压力及其弹性力,对生态系统管理和生态修复具有重要的指导意义。使用空间主成分分析(SPCA)和层次分析法(AHP)构建评价指标体系,结合地理信息系统软件,对长江口海域生态环境脆弱性进行综合评价,并根据生态环境脆弱性指数(EVI)值,将研究区生态环境脆弱性分为5级:微度脆弱(0.5)、轻度脆弱(0.5—0.8)、中度脆弱(0.8—1.0)、重度脆弱(1.0—1.2)、极度脆弱(1.2—1.5)。结果表明:空间尺度上,长江口口门内生态环境脆弱度最高,生态环境脆弱度从口门内向口门外呈显著的降低趋势,近五年,口门内极度脆弱区空间分布南移;评估区域内,约2000 km~2的极度脆弱区发生了转变,极度脆弱区、重度脆弱区面积占比分别下降了7%和5%,长江口海域生态环境脆弱性明显好转。总体上,近年来大量陆源污染物输入以及生态系统结构变化,是导致长江口生态环境脆弱度较高的重要因素。     

长江口水生动物食物网营养结构及其变化

为研究长江口水生动物食物网营养结构及其变化, 运用胃含物分析法研究了2016—2017年长江口及其邻近水域捕获的43种水生动物的食性类型与营养结构, 并与20世纪90年代和2006年文献数据进行了比较, 结果表明, 长江口及其邻近水域捕获的水生动物分为4种食性类型: 浮游生物食性、底栖生物食性、游泳生物食性、混合食性, 其中浮游生物食性消费者占绝对优势, 为39.53%; 游泳生物食性消费者所占比例最少, 为11.63%。所分析样品的营养级可分为3级, 其中植食性消费者占优势, 为76.75%; 中级肉食性消费者所占比例最少, 为4.65%; 与20世纪90年代相比, 12种常见鱼类的平均营养级由3.80下降到2.87。长江口水生动物食物网结构较为复杂, 生产者类型包括底栖藻类、浮游植物、有机碎屑3种, 主要由牧食食物链和碎屑食物链构成复杂的食物网。     

长江口及东海夏季小型底栖动物丰度和生物量变化

2012年7月,对长江口及东海海域的小型底栖动物类群组成、丰度、生物量的空间分布及其与沉积环境的关系进行了调查研究。该研究海域夏季小型底栖动物的丰度和生物量总体上自北向南递减,在长江口以东的海域由近岸向外海增加,至约45 m等深线达到最高,然后向深水区减少。其小型底栖动物的丰度和生物量分别为(1203±191) 个/10 cm²和(723±171) μg 干重/10 cm²,略高于同一海域春季和秋冬季的数量,但明显低于以往夏季的数量,这可能与本年度该海域沉积物中叶绿素a含量明显偏低有关。在小型底栖动物11个主要类群中,自由生线虫在丰度上占绝对优势(94.1%),其次是桡足类(2.7%)和涡虫类(1.2%)。线虫在生物量上也是最优势类群(62.1%),其次是多毛类(18.8%)、桡足类(8.3%)和涡虫类(6.1%)。Spearman相关分析表明,小型底栖动物的生物量、桡足类和涡虫的丰度均与沉积物中有机氮含量呈负相关;多毛类的丰度与盐度、叶绿素a呈显著正相关;而线虫与所测环境因子未见任何相关关系。BIOENV分析显示,与小型底栖动物各类群的丰度相关性最高的环境因子组合为盐度、沉积物含水量和有机氮含量。研究发现,近10年该海域小型底栖动物的丰度呈总体下降趋势;而且,小型底栖动物的垂直分布随时间推移趋向于向沉积物表层聚集,一定程度上显示沉积环境趋于恶化。通过对近岸和外海两个站位的702条线虫生物体积的测算,获得两个站位线虫的平均个体干重分别为0.186 μg/个体和0.281 μg/个体,两站位平均为0.214 μg/个体,与2009年秋冬季相邻两站位的0.213 μg/个体非常接近,但各站位的线虫个体干重变化相对较大。该结果一方面反映了我国当前普遍采用的0.4 μg/个体系数高估了线虫的生物量,另一方面显示季节和站位差异影响了线虫个体的大小。     

刀鲚和凤鲚的分子鉴定及其在仔鱼种类鉴定中的应用

使用mtDNA Cyt b基因序列作为分子标记,基于400 bp左右的序列分析长颌鲚、短颌鲚及凤鲚成鱼的遗传关系。结果显示长颌鲚和短颌鲚间的遗传距离在0—0.5%之间;凤鲚与长颌鲚、短颌鲚的遗传距离分别在7.9%—8.9%和7.7%—8.6%之间。用Kimura双参数模型构建的NJ分子系统树显示,长颌鲚和短颌鲚不能形成彼此独立的分支,而是混合聚在一起形成一个分支;凤鲚则形成另一个分支。对长江口沿岸区域的鲚属仔鱼Cyt b基因片段序列分析发现,仔鱼个体之间的遗传距离为0—0.7%,仔鱼与长颌鲚、短颌鲚的遗传距离在0.1%—0.5%之间,而与凤鲚的遗传距离为8.3%—8.8%。在Kimura双参数模型构建的NJ分子系统树中,仔鱼与长颌鲚、短颌鲚聚为一类,而与凤鲚分开,表明分析的仔鱼样品不包括凤鲚个体。由于长江口一般没有短颌鲚分布,这些仔鱼应该都是长颌鲚。     

长江口及其邻近水域鱼类浮游生物群落的时空格局

根据2007年长江口及其邻近水域4个航次调查资料, 探讨了该水域的鱼类浮游生物群落物种组成和多样性的季节变化特征。结果表明, 2007年共捕获鱼类浮游生物6,463个, 隶属12目28科45种, 以鳀科丰度最高, 占总丰度的76.5%。长江口鱼类浮游生物包括4种生态类型: 淡水型(2种), 半咸水型(14种), 沿岸型(10种)和近海型(16种)。 其中, 近海型物种个体数量最多, 占2007年长江口鱼类浮游生物总丰度的74.55%。鳀(Engraulis japonicus)在4个季节均有出现, 对长江口鱼类浮游生物丰度贡献最大。鱼类浮游生物在物种组成上存在明显的季节变化: 白氏银汉鱼(Allanetta bleekeri)在春季占绝对优势, 鳀是夏季优势度最高的种类, 秋季除鳀外, 前颌间银鱼(Hemisalanx prognathus)成为优势种; 鱼类浮游生物丰度高度集中在优势种上, 各季节优势种对总丰度贡献超过89%。群落物种数量、丰度、丰富度指数、均匀度指数和多样性指数, 在夏季最高, 春季和秋季次之, 冬季最低。长江口鱼类浮游生物群落物种组成和多样性的季节变化特征体现了鱼类繁殖迁移策略和鱼类对环境变异的响应。     

长江口外低氧区及其邻近海域表层沉积物反硝化微生物多样性和分布特征

【目的】微生物参与的反硝化是河口区氮损失的主要途径。【方法】本研究采用Illumina MiSeq测序方法,研究了长江口外低氧区及其邻近海域表层沉积物中nirS型和nirK型反硝化微生物群落的多样性和分布特征。【结果】样品共检测到346个nirS Operational Taxonomic Units和267个nirK Operational TaxonomicUnits,根据采样地的环境特征及nirS型和nirK型反硝化微生物群落聚类分析结果将所有OperationalTaxonomicUnits划分为低氧区、南部区域及外部深水区,其中外部深水区的样品nirS功能基因的多样性最高。各实验样地优势Operational Taxonomic Units在系统进化关系上可分为多个不同的簇。此次发现的所有优势OperationalTaxonomicUnits均属于未被培养的菌群,其中部分Operational Taxonomic Units还是首次被发现。此外还发现nirS功能基因对低氧区的环境适应性更好。【结论】我们的研究结果表明广泛存在的反硝化微生物在河口沉积物的氮循环中发挥重要作用。     

长江口拟长脚数量变化和对环境变暖的响应

据1959年和2002年在长江口29°00′～32°00′ N, 122°00′～123°30′ E海域四季调查资料,研究结合拟长脚丰度和同步水温资料进行曲线拟合、构造数学模型和计算最适温度.分析拟长脚(Parathemisto gaudichaudi)的生态类型、空间分布、数量动态以及对变暖趋势的响应.结果表明:长江口海域拟长脚平均丰度和出现率都表现为夏秋季较低和冬春季较高.1959年春季平均丰度最高,为1.8 ind/m3;1959年秋季平均丰度最低,为0.03 ind/m3.1959年春季出现率最高,为62.96%;1959年秋季出现率最低,为6.90%.长江口拟长脚在1959年春季丛生指标最大(7.12),在1959年秋季最小(-1.00).这说明该种春季在长江口海域有明显的集群性,秋季集群性则不明显.温度是影响拟长脚季节变化和年间变化的主要因素.长江口海域拟长脚丰度和同步温度资料曲线拟合结果符合Yield Density模型,最适温度是17.0 ℃,置信度分析和拟合统计结果均有非常高的置信度.综合拟长脚最适温度和季节变化特征,可认为该种是暖温种.近年来在春季长江口水域的拟长脚丰度有所降低,这种数量年间变化趋势应与全球气候变暖相关.该种可作为海洋变暖长期变化的指示种.     

长江口不同水域浮游动物数量特征比较

为了分析长江口浮游动物与环境的关系,从2004年到2006年分别于5月份(平水期)和8月份(枯水期)在长江口水域共设22个观测站进行6次海洋调查.结果显示:长江口浮游动物丰度8月份高于5月份,北支略大于南支,长江口口外大于口内. 在大多数情况下,5月份丰度近海略大于咸淡交错水域,8月份相反.长江口浮游动物丰度和分布具有不确定性,水团的季节变化,外海水和冲淡水交汇的位置是影响长江口浮游动物分布特征的重要因素.对长江口南支水域而言,5月份中华华哲水蚤(Sinocalanus sinensis), 8月份火腿许水蚤(Schmackeria poplesia)是最主要的优势种;咸淡交错水域和北支优势种种类较多,真刺唇角水蚤(Labidocera euchaeta)在5月份和8月份都是主要优势种,其次是小拟哲水蚤(Paracalanus parvus).针刺拟哲水蚤(Paracalanus aculeatus),背针胸刺水蚤(Centropages dorsispinatus),太平洋纺锤水蚤(Acartia pacifica)和火腿许水蚤仅为8月份的主要优势种.对近海而言,中华哲水蚤(Calanus sinicus)是主要的优势种,其次是五角水母(Muggiaea atlantica)和肥胖箭虫(Sagitta enflata).     

长江口岛屿沙洲湿地陆向发育过程中表层沉积物氮营养盐的变化

研究针对长江口岛屿沙洲湿地陆向发育的不同时期表层沉积物中氮营养盐的变化规律,得出：（1）长江口岛屿沙洲湿地陆向发育过程中,表层沉积物环境也在不断变化,氮营养盐含量逐步增加,处在陆向发育前期的白茆沙,全氮含量较低,仅为30 mg/kg,而发育较为成熟的崇明东滩全氮含量较高,达470 mg/kg;同时随着岛屿沙洲湿地陆向发育,表层沉积物全氮分布越来越不均匀;（2）长江口岛屿沙洲湿地随高程梯度,全氮的含量逐步增加,其中芦苇带最高,420 mg/kg,光滩最低,110 mg/kg;这也说明岛屿沙洲陆向发育过程中,表层沉积物全氮含量逐步增加;另外,各形态无机氮含量占其所在高程无机氮的比例相对稳定,其中氨氮最高,59%～60%,亚硝酸盐最低,17%～19%,氨氮是无机氮的主要存在形式.     

光照和营养盐磷对微型及微微型浮游植物生长的影响

2004年9月,在长江口及邻近水域通过在培养水体中添加不同量的磷酸盐和改变光照强度进行现场受控培养实验,对光照和营养盐磷耦合培养作用下浮游植物生长及对磷营养盐的吸收变化进行了研究,结果表明：高光照条件下（100﹪自然光照）,磷酸盐浓度在高磷水平（0.60μmol/L）培养水体中下降速率明显比中磷（0.41μmol/L）、低磷水平（0.25μmol/L）快,浮游植物生长存在着显著的磷限制性,微型浮游植物（nanophytoplankton,简称Nano,2～20μm）在高磷水平下的生长明显得到促进,聚球藻（Synechococcus sp.,简称Syn,＜2μm）密度在培养初期有小幅度增加,而微微型真核浮游植物（picoeukaryote,简称Euk,＜2μm）在低磷水平下生长较快;在低光照条件下（50﹪自然光照）,磷酸盐浓度在高磷水平培养水体中的下降是受到抑制的,Nano和Syn也都更宜在中磷水平培养水体中生长,Euk在高磷水平下的生长也是受到抑制的,且在中磷水平培养水体中,三类浮游植物的生长周期都得到延长;无光照暗环境培养条件下磷酸盐浓度在不同磷水平下始终保持着增加趋势,三类浮游植物也都无法生长,磷酸盐浓度随培养时间呈线性增加趋势,浮游植物细胞密度则呈指数下降趋势,且磷酸盐的添加对其本身的释放速率和浮游植物衰减速率都没有影响.